对java平台的理解

我就是我 2022-05-19 14:40 253阅读 0赞

java本身是一种面向对象的语言，最显著的特性有两个方面，一是所谓的 “书写一次，导出运行” ，能够非常容易地获得跨平台的能力；另外就是垃圾收集，java通过垃圾收集器回收分配内存，大部分情况下，程序员不需要自己操心内存的分配和回收。

我们日常会接触到JRE或者JDK。JRE也就是java运行环境，包含了JVM和java类库，以及一些模块等。而JDK可以看作是JRE的一个超集，提供了更多工具，比如编译器、各种诊断工具等。

有些人认为“java是解释执行”，对于这个说法，我认为不太准确，因为我们开发的java源代码，首先通过javac编译成为字节码，然后，在运行时，通过java虚拟机（JVM）内嵌的解释器将字节码转换为最终的机器码。但是常见的JVM，比如我们大多数情况下使用的Oracle JDK提供的Hotspot JVM，都提供了JIT（Just-In-Time)编译器，也就是通常所说的动态编译器，JIT能够在运行时将热点代码编译成机器码，这种情况下部分热点代码就属于编译执行，而不是解释执行了。

下图是我总结的一个相对宽泛的蓝图以供参考。

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众所周知，我们通常把java分为编译器和运行时，这里所说的java编译和C/C++是有着不同的意义的。javac的编译，编译jajva源码生成的“.class”文件里面实际是字节码，而不是可以直接执行的机器码。java通过字节码和java虚拟机这种跨平台的抽象，屏蔽了操作系统和硬件的细节，这也是实现“一次编译，到处执行”的基础。

在运行时，JVM会通过类加载器加载字节码，解释或者编译执行。就像我们前面提到的，主流java版本中，如JDK8实际是解释和编译混合的一种模式，即所谓的混合模式（-Xmixed）。通常运行在server模式的JVM，会进行会进行上万次调用以收集足够的信息进行高效的编译，client模式这个门限是1500次。Oracle Hotspot JVM内置了两个不同的JIT compiler，C1对应前面说的client模式，适用于对于启动速度敏感的应用，比如普通java桌面应用；C2对应server模式，它的优化是为长时间运行的服务器端应用设计的。

java虚拟机启动时，可以指定不同的参数对运行模式进行选择。比如，指定“-Xint”，就是告诉JVM只进行解释执行，不对代码进行编译，这种模式抛弃了JIT可能带来的性能优势。毕竟解释器是逐条读入，逐条解释运行的。与其相对应的，还有一个“-Xcomp“参数，这是告诉JVM关闭解释器，不要进行解释执行，或者叫作最大优化级别。那么这种模式是不是最高效啊？简单说，，还真未必。”-Xcomp“会导致JVM启动变慢非常多，同时有些JIT编译器优化方式，比如分支预测，如果不进行profiling，往往并不能进行有效优化。

除了我们日常最常见的java使用模式，其实还有一种新的编译方式，即所谓的AOT（Ahead-of-Time Compilation），直接将字节码编译成机器代码，这样就避免了JIT预热等各方面的开销，比如Oracle JDK9就引入了实验性的AOT特性，并且增加了新的jaotc工具。利用下面的命令把某各类或者各个模块编译成为AOT库。

jaotc --output libHelloWorld.so HelloWorld.class

jaotc --output libjava.base.so --module java.base

然后，在启动时直接指定就可以了

java -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so,./libjava.base.so HelloWorld

而且，Oracle JDK支持分层编译和AOT协作使用，这两者并不是二选一的关系。如果感兴趣的话，可以参考相关文档:http://openjdk.java.net/jeps/295。AOT也不仅仅是只有这一种方式，业界早就有第三方工具（如GCJ、Excelsior JET）提供相关功能。

另外，JVM作为一个强大的平台，不仅仅只有java语言可以运行在JVM上，本质上合规的字节码都可以运行，java语言自身也为此提供了便利，我们可以看到类似Clojure、Scala、Groovy、JRuby、Jython等大量JVM语言，活跃在不同的场景。

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